变频器驱动原理简介

变频器驱动原理简介

一、三相异步电机简介：

1.电机原理

三相异步电动机旋转磁场的公式：

n1=60f/p （n1与转子电流产生的转子磁动势的转速和方向相同，故也称作是同步转速）

（f为电流频率，p为电机的磁极对数）

转子转速n

转差率s=（n1-n）/n1

转差率s是电机的一个很重要的参数，因为n因负载变化而变化，故s也会同步变化。

（电机刚刚启动时，S=1，最大，在电机等效电路中，附加电阻为r2（1-s）/s=0，所以启动时转子电路的电流非常大，该增大的电流又使电机磁路饱和，使得漏阻抗降低，更加使得电流增大，会达到额定电流的4~7倍）

电机正常运行时s一般为0.02~0.05左右

2.调速原理

转子转速n的公式为：

n=n1(1-s)=60f/p*(1-s)

观察上述公式可以发现，想改变电机转子的转速，无外乎三种方式，

①改变定子绕组的磁极对数（只能变级调速）

②改变转差率s（这种调速方式使得电机的效率降低）

③改变f，也即变频调速

详细讨论变频调速：50Hz为基本频率

由电机知识可知，定子电动势的方程为

E1=4.44*f*N*Kn1*Φ1

f为电流三相电流频率，N为绕组匝数，Kn1为基波磁动势的绕组系数，Φ1主磁通。

根据上述公式发现，在基频以下调速时，f减小，会使得Φ1增大，电机磁路会饱和，励磁电流大大增加，电机发热明显，严重时会烧毁电机。电机的输出转矩T=Ce I1Φ1 cosΦ的，所以Φ1减小的话会造成能量浪费。所以要保持Φ1恒定。

故有：

E1/f=4.44*N1*Kn1*Φ1

所以要保持定子电动势和电流频率同步变化，才能达到想要的调速目的。这种方式称为恒转矩调试。

（实际上定子电动势难以直接测量，故用定子电压U1去替代E1，但是要注意的时，在低频时，定子漏磁通产生的压降和定

子绕组产生的压降不能直接忽略，所以会造成U1明显小于E1，对外表现为电机在低频段输出转矩不足，所以变频器一般都具有转矩补偿的性能，实际上时增大在低频时的输出电压值。）

在基频以上调速（50Hz以上），由于此时f在上升，而变频器的输出电压并不能继续上升，所以在保持U1恒定（380V）的情况下，f上升，Φ1会下降，使得输出转矩跟着下降，这种方式称为恒功率（也叫做弱磁）调速。

二、变频器结构与原理：

1.主回路原理图：

(1)浪涌电压吸收回路

通过抑制从电源侵入变频器的浪涌电压来保护变频器。

(2)整流部

通过二极管将交流变换为直流。变换后的直流电压有脉动

(3)冲击电流抑制回路

接通变频器的电源时，抑制从二极管流向平滑电容器的大电流，保护平滑电容器。

(4)平滑电容器

使整流部形成的有脉动的直流电压平滑，成为平坦的直流。

(5)制动回路

变频器减速时，能量从电机回到变频器，使直流电压上升。该上升的电压流向电阻，避免变频器过电压。

(6)逆变部

通过用晶体管开关直流电压来形成可变频率和可变电压的交流。

缓冲回路有抑制晶体管开关时产生的浪涌电压，保护晶体管的作用。

以下介绍整流电路：

由上图可知，变频器的整流部由以下元件构成。

（1）二极管：D1~D6

（2）滑电容器：C

（3）冲击电流抑制电阻：R

（4）电阻短路用电磁接触器：MC

二极管整流器（电压型PWM方式变频器用）

二极管整流器主要用于PWM变频器。如上图所示，由6个二极管构成。该回路叫做三相整流桥。若电源电压为Vs（V），则三相整流桥的输出电压Ed为，

实际上，受二极管的正向电压降、整流桥输出侧连接的电容器和负载的影响，Vs＝200（V）时，在Ed=260~280(V)左右的范围内变动。

下图所示为直流平滑波形例。

3.逆变部分

通用变频器采用的是三相桥式电压型逆变器

特点：

①直流侧是大电容储能，故直流电压近似不变。

②逆变器的输出为方波或者方波脉冲，电压波形与负载无关，输

出电流的波形取决于负载类型，且其相位随着功率因素变化而变化。

③式为PWM调节。

3.1 冲量等效原理

定义：冲量相等而形状不同的窄脉冲作用在惯性环节上，其输出特性基本相同。

所以我们可以用窄的矩形波脉冲去等效替代三相交流正弦电压。3.2 双极性调制

调制波Ur：所希望得到的正弦波

载波Uc：等腰三角波

通过Ur和Uc的比较，（Ur＞Uc时输出正脉冲，反之输出负脉冲），来产生PWM波，用这个脉冲来驱动功率开关IGBT，最终达到调制的

目的。

注意区别：

1.但是方波脉冲通过电缆加在电机上，会有很多的高频谐波，可能会损坏电机的绝缘性能。

2.如果产生的三相电压不是完全对称，可能会在电机轴承里产生电压，这个电压值达到一定程度时会在轴承内部形成电流通路，对轴承造成损伤。

3.3 IGBT及其驱动电路

①IGBT：绝缘栅双极型晶闸管，电压控制型，可开通可关闭，所以叫双极型控制。

示意图：

驱动电路：

下图是选取的驱动波形，可以看出，PWM脉宽调制（幅值恒定，脉冲宽度按正弦规律变化），在实际应用中，一般为了防止上下桥臂之间的寄生导通，会给IGBT提供负压（-10V左右）进行关断。开通电压一般为+15~+20V左右开通效果最佳。

IGBT的Vge和Vce

米勒平台米勒平台（杂散电感）IGBT ：Vge、Vce和Ic